Nella meccanica dei terreni si distinguono tre tipi principali di terreno: non coesivi, coesivi e terreni di origine organica. Inoltre esistono anche le rocce, ma esse non vengono studiate nella meccanica dei terreni, bensì nella disciplina scientifica della meccanica delle rocce.
Terreni sciolti
I terreni sciolti o non coerenti sono quelli i cui costituenti non sono legati da alcun materiale legante. Allo stato secco, quando non sono soggetti all’umidità, i componenti solidi del terreno sciolto sono completamente liberi nella massa terrosa e tra di essi esiste solo attrito, detto attrito interno. Ai terreni sciolti appartengono:
- Blocchi, dim. grani 200 – 2000 mm
- Frantume, dimensione dei granuli 60 – 200 mm
- Ghiaia, dim. grana 2 – 60 mm
- Sabbia, dim. grani 0,02 – 2 mm
- Polvere, dim. grano 0,002 – 0,02 mm.
Si osserva che la frazione polvere è talvolta chiamata limo (ingl. silt, ted. Schluff). Tuttavia, poiché da noi il termine limo indica un determinato tipo di terreno di origine organica, questo nome per la suddetta frazione potrebbe creare un malinteso.
Fig. 1 - Terreno sabbioso
Terreni coesivi
I terreni coesivi o coerenti sono quelli i cui componenti solidi sono legati tra loro dalla coesione. I terreni coerenti possono avere proprietà fisiche molto instabili, che cambiano facilmente sotto l’azione dell’acqua. Nei terreni coesivi rientrano quelli che contengono componenti solidi di dimensione inferiore a 0,002 mm. Il terreno che contiene prevalentemente componenti di dimensione 0,002 – 0,0002 mm si chiama argilla, mentre se questi componenti hanno dimensione 0,0002 – 0,00002 mm, allora si chiama argilla colloidale.
In natura l’argilla pura si trova raramente; più spesso è mescolata con altri componenti, come sabbia e polvere, e in tal caso si parla di terra argillosa; l’argilla con calcare si chiama argilla marnosa (marga), mentre l’argilla con magnesio è uma. In genere si adotta che il terreno che contiene più di 50% di componenti argillosi sia chiamato argilla grassa o semplicemente argilla, mentre il terreno con meno di 50% di componenti argillosi è denominato terreno argilloso. Il terreno che contiene meno di 5% di componenti argillosi è considerato avere le proprietà di un terreno incoerente.
Il modo più rapido e semplice per valutare a quale gruppo appartenga un terreno consiste nell’essiccare il campione e provare a sbriciolarlo tra le dita. I terreni incoerenti si disgregano subito. I terreni argillosi si sbriciolano tra le dita in pezzi più piccoli, mentre l’argilla diventa dura quasi come la pietra.
Fig. 2 - Terreno argilloso
Terreni di origine organica
Questi terreni sono composti in gran parte da materiali organici o vegetali, con componenti argillosi e altri elementi. A causa del contenuto di sostanze organiche questi terreni sono molto instabili e assorbono fortemente l’acqua, perciò sono instabili e non possono servire né come terreno portante né come materiale per la realizzazione di opere in terra. A questi terreni appartengono humus, mulj e torba.
Humus è un terreno fertile che si trova nello strato superficiale della crosta terrestre, di spessore generalmente di alcuni decimetri. È costituito da una miscela di sostanze organiche e minerali con molti batteri. Nella realizzazione di rilevati di terra, pavimentazioni stradali e lavori analoghi sul terreno, così come nello scavo in cava di prestito del materiale per la realizzazione di opere in terra, occorre scavare e rimuovere l’intero strato di humus, che può essere utilizzato solo per la protezione dei pendii in terra contro il dilavamento dell’acqua.
Fig. 3 - Humus
Il fango è costituito da una miscela di sostanze organiche in forma di particelle molto fini con sostanze minerali come argilla, polvere e sabbia. Si trova sul fondo di antichi fiumi e laghi.
La torba è costituita da una grande quantità di sostanze vegetali e organiche sotto forma di fibre, con un contenuto minore di sostanze minerali.
Genesi del suolo
Se effettuassimo una sezione attraverso la crosta terrestre, constateremmo che essa è composta generalmente da terreno superficiale – humus di spessore ridotto, poi da terreno sottosuperficiale costituito da uno o più strati di composizione diversa e di vari spessori, e infine da roccia compatta. Il terreno superficiale si è formato principalmente dalla decomposizione di sostanze vegetali e organiche, mentre il terreno sottosuperficiale si è formato dalla decomposizione della roccia compatta.
La disgregazione della roccia solida avviene a causa degli influssi atmosferici oppure dell’azione vulcanica. Gli influssi atmosferici possono essere meccanici o chimici. Se il processo di disgregazione della roccia solida consiste nella combinazione dei minerali con l’ossigeno, si tratta di disgregazione per ossidazione; se invece si tratta di combinazione con l’acqua, si tratta di disgregazione per idratazione. L’azione vulcanica è chimica. A causa dell’elevato calore la roccia solida si trasforma in cenere vulcanica.
Il processo di disgregazione della roccia compatta e la sua trasformazione in terreno può avvenire in sito, “in situ”, oppure con trasporto. Il trasporto dei frammenti disgregati avviene per acqua, nel qual caso si formano terreni alluvionali, per vento, quando diventano terreni eolici, oppure per ghiaccio, quando si formano terreni glaciali. Durante il trasporto dei frammenti e delle particelle della roccia compatta avviene un loro ulteriore sminuzzamento a causa degli urti, dell’attrito e del dilavamento ai quali sono esposti nel corso del trasporto. A causa di tale azione, i bordi dei frammenti rotti si arrotondano, le nuove particelle si sminuzzano, i loro bordi si arrotondano nuovamente e così via per tutto il tempo in cui dura il trasporto. La dimensione e la forma dei componenti solidi dipendono dalla resistenza della roccia, dalla lunghezza del trasporto, dal tipo di trasporto, ecc. Per questo la forma delle particelle solide nel terreno è molto diversa: rotonda, ovale, con bordi acuti o arrotondati, triangolare, ecc. I componenti solidi di dimensioni 0,02 – 0,002 mm, la cui frazione in meccanica dei terreni è chiamata polvere, hanno per lo più forma rotonda o ovale. Tali componenti di dimensioni inferiori a 0,002 mm, la cui frazione è chiamata argilla, hanno forma squamosa. Le particelle più grandi di sabbia, ghiaia e ciottoli possono avere forme diverse: cubiche, arrotondate, lamellari, ecc. Le particelle cubiche cambiano più difficilmente la loro forma, quelle lamellari più facilmente. Per questo i terreni composti prevalentemente da particelle lamellari possono facilmente modificare la loro composizione.
Si osserva che alcuni terreni, la cui formazione è completamente conclusa, sono talvolta successivamente ricoperti da nuovi depositi, così che il terreno già formato in precedenza rimane in profondità, mentre sul nuovo deposito si forma un altro terreno che non deve necessariamente avere alcun rapporto con il precedente. Un terreno così formato in precedenza e successivamente coperto da un nuovo deposito si chiama suolo sepolto. Si tratta per lo più di terreni agricoli, che erano stati lavorati e poi ricoperti da depositi di polvere loessica trasportata dal vento, ma i depositi possono essere anche fluviali. Il suolo sepolto si riconosce dal colore scuro e tali strati di terreno possono essere più di uno se questo processo si è ripetuto più volte.
Terreni alluvionali
I terreni alluvionali si formano per deposizione di particelle solide durante il trasporto ad opera dell’acqua. La deposizione dipende da diversi fattori, tra i quali i più importanti sono la velocità del flusso idrico, la granulometria dei materiali trasportati e il contenuto di altri componenti, come sali, calce, ecc. A velocità elevate del flusso si depositano solo i materiali più grossolani, mentre quelli fini non si depositano, ma vengono trasportati oltre. Per questo motivo i materiali solidi più grossolani si depositano nella parte superiore del corso d’acqua, più vicino alla sorgente, dove la velocità del flusso è elevata. Con la diminuzione della velocità del flusso si depositano materiali sempre più fini. In acque calme, senza corrente, si depositano di norma le particelle solide più fini. Ovunque si verifichi un rallentamento del flusso idrico si producono forti depositi, come nel caso delle aree allagate quando l’acqua esce dall’alveo del fiume, quindi alla foce dei fiumi, davanti alle dighe, ecc.
La sedimentazione di particelle molto fini di argilla colloidale può durare per un tempo indefinito a causa dell’azione elettrochimica che si verifica tra particelle di dimensioni inferiori a 0,0002 mm quando sono immerse nell’acqua. In tal caso le particelle solide portano su di sé una carica elettrica dello stesso segno (negativa), per cui si respingono tra loro e si muovono nella massa liquida con velocità tanto maggiori quanto più sono piccole. Si tratta dei moti browniani. A causa di tali moti la sedimentazione delle particelle solide nell’acqua è notevolmente rallentata e può durare per un tempo indefinito.
Fig. 4 - Terreno alluvionale
Terreni eolici
I terreni eolici si formano per deposito di particelle solide trasportate dal vento. Si distinguono due tipi di terreni eolici: loess e dune. Il loess è costituito da particelle solide di granulometria di circa 0,05 mm o leggermente inferiore, legate tra loro dal carbonato di calcio. Per questo, allo stato secco, il loess ha un’elevata resistenza. Gli scavi nel loess possono mantenere pareti verticali ad altezze molto elevate. Tuttavia, se il loess viene imbibito in misura maggiore, perde la sua resistenza e si mette facilmente in movimento. Sono noti i casi dei depositi loessici di Bežanijska kosa presso Belgrado, che si mantengono con pareti verticali ad altezze superiori a 20m. Tuttavia, nelle parti in cui sono sorte abitazioni vicino ai bordi, come nel caso di Čunarska ulica a Zemun, dove si verifica un continuo imbibimento lungo il pendio stesso del plateau loessico a causa dello scarico delle acque usate, i pendii loessici cedono e la stabilità del terreno loessico in prossimità del margine è compromessa.
Le dune sono colline mobili di sabbia incoerente depositata dal vento. Queste colline, sotto l’azione del vento, vengono rapidamente disperse e si riformano, motivo per cui rappresentano un pericolo di seppellimento e crollo di case e mezzi di trasporto.
Fig. 5 - Terreno eolico
Terreni glaciali
I terreni glaciali si formano dal trasporto, da parte del ghiaccio, di particelle solide del suolo. I terreni glaciali hanno una composizione diversa da quelli alluvionali, poiché sono costituiti da particelle solide di granulometria approssimativamente simile, e precisamente ciottoli, ghiaia (moraine) o sabbia rimasti dopo lo scioglimento del ghiaccio. Negli strati degli antichi laghi glaciali si trova il limo glaciale.
Fig. 6 - Terreno glaciale